今天是2017年9月20日 星期三

6月9日《自然》杂志精选

封面故事: 肠道菌群与营养成分之间相互作用

本期封面所示为粪便细菌的一个扫描电子显微镜图像。肠道菌群的变化以及粪便短链脂肪酸浓度的改变已被发现与肥胖症、胰岛素抗性和代谢综合征相关,但却没有在它们之间确定存在因果关系。Gerald Shulman及同事显示,肠道菌群与营养成分之间的一种相互作用会增加吃高脂肪食物的啮齿类动物醋酸盐的生成量。这会导致副交感神经系统(神经系统中控制下意识行为如心律和消化的部分)的激发,这反过来又会促进由葡萄糖刺激产生的胰岛素分泌和饥饿素分泌的增加以及食欲过盛和肥胖。

选择对威胁作出反应的脑回路

觉察到一个威胁的一只小鼠可在两种主要防卫方式之间作出选择:主动攻击或被动僵硬。Andreas Lüthi 及同事将光遗传学、电生理学和神经解剖学追踪方法相结合,识别出了控制这些不同策略的神经回路。他们识别出从杏仁核到导水管周围灰质的一个通道,该通道不仅介导僵硬,而且还与介导攻击的回路相互作用。僵硬是包括鱼类、啮齿类和灵长类在内的很多物种的一个在演化过程中保留下来的行为。对人类来说,这一“生存回路”的失调已被发现牵涉到与焦虑相关的疾病。

量子计算的一个演示

绝热量子计算机是模拟机器,在量子隧穿效应的帮助下,能够慢慢从一个简单的输入演变为人们所期望的、比较复杂的输出。虽然绝热量子计算机在执行特定任务时可以非常快,但它们受到在计算过程中无法得到校正的噪音和错误的限制。相比之下,通用量子计算机是采用逻辑门、允许进行错误校正的数字化装置。在这项研究中,Rami Barends等人通过将一个绝热量子计算系统数字化,把绝热和通用量子计算机的优势结合了起来。这一方法允许对non-stoquasticHamiltonians”进行编码,后者是模拟具有相互作用的费米子的物理和化学系统的关键。

大环车道上的纳米机器

一个分子马达首先必须产生不会被“布朗运动”(在那个尺度上起主导作用的一种力)所淹没的运动,而且无法将角动量作为一种方向控制方式加以利用。尽管存在这些限制,但David Leigh及同事还是开发出一个系统,该系统能通过消耗单一化学燃料来驱动一个分子机器,使该分子机器只要有这种燃料存在就能实现连续转动,而不需要任何进一步的化学输入或外部刺激。这一马达由两个连锁的分子环组成,其中较小的一个环(大环)当受到一种化学燃料的不可逆反应的驱动时会围绕其中较大的一个环(环形分子轨道)被连续定向运输。方向性是通过添加到轨道上的化学燃料的反应速度的不对称性实现的,这种不对称性迫使大环在同一方向上继续运动,而不是朝前一个反应点逆转。

弗洛瑞斯人的第二个地点

直到最近,身材矮小的弗洛瑞斯人的遗骨只在一个地点被发现——印度尼西亚弗洛瑞斯岛上的梁布亚洞穴。本期《自然》上发表的两篇论文介绍了来自弗洛瑞斯岛上第二个地点的新的化石发现。这个新地点名叫Mata Menge,在梁布亚的东边。Gerrit van den Bergh 等人描述了一个下颌骨碎片和来自几个个体的分离的牙齿。这些遗骨与来自梁布亚的那些遗骨一样小,甚至更小,但时间却要古老得多,距今70万年。它们的形态支持其源自亚洲直立人的观点。Adam Brumm等人提供了Mata Menge发掘点的地层、年代、环境和动物区系背景。这些古人类距今大约70万年前生活在当时炎热、干旱的草原上,尽管这个草原也有相当多的湿地。跟这些化石一起被发现的石器比较简单,与那些比它们要晚很多的梁布亚弗洛瑞斯人相关的石器非常像。

人体微生物群的动态

与人体相关的微生物群是复杂的、高度个性化的生态系统,我们对其生态动态很不了解。这些微生物群主要是宿主独立的(因而也是“普遍”的)还是宿主特定的是一个有待回答的问题,其答案对于基于微生物群的干预措施的制定至关重要。这项研究报告了用来表征与人体相关的微生物群落的一个新的计算方法,并将它应用于来自两项规模最大的微生物群研究的数据。结果表明,肠道和口腔微生物群表现出普遍性动态,而皮肤微生物群则是由宿主环境决定的。这些普遍性肠道微生物动态在被艰难梭菌感染的研究对象中没有被观察到,但却在粪便移植后重新出现了。